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关键词： 气动加热   热防护   液膜冷却   蒸发效应   数值模拟  

摘要： 临近空间飞行器面临严重的气动加热问题，液膜因具有高效的冷却能力被认为是有前景和潜力的热防护途径之一。本文针对马赫5下斜板液膜冷却过程开展数值模拟，采用二阶精度耦合隐式算法求解Navier-Stokes方程，通过流体体积法和网格自适应加密技术捕捉两相流动界面及之间的相互作用，并引入蒸发模型模拟液体蒸发时吸收热量的过程，分析了高速斜板表面液膜铺展、演化过程中的流场典型结构，讨论了冷却工质的质量流量、表面张力、黏度系数和斜板倾角对液膜冷却的影响机理和规律。结果表明：加入液相冷却工质使斜板上的壁面热流降低了40%～87%，对壁面起到了很好的冷却效果，且随着冷却工质质量流量、表面张力、黏度系数的增大和斜板倾角的减小，壁面热流降低系数也随之增大。

关键词： 安全工程   长短期记忆网络   数值模拟   温度分布   自注意力机制  

摘要： 为有效应对隧道火灾，提高隧道紧急救援的安全性与效率，以公路隧道为研究对象，基于长短期记忆网络（Long Short-Term Memory，LSTM）和数值模拟方法，实现移动风机对于隧道火灾控制效果的快速预测，探究不同火灾场景下的温度及烟气扩散情况。首先建立LSTM模型，并在其内部集成Self-attention机制；然后，构建包含128种火灾工况，共76 800组数据的数据库用于模型训练；最后，使用测试集对模型的可靠性进行验证。研究结果表明，所构建的基于LSTM的隧道火灾场景信息预测模型能够准确预测30 s后数据集中隧道沿程的温度分布及相应火灾工况信息，其中温度的相对误差均小于±0.069，火源信息的相对误差均小于±0.006 7。研究成果为评估移动通风装置在烟气控制中的效果提供了重要的预测性数据支持。

关键词： 超大断面洞室   水平结构面   爆破块度   布孔方式   数值模拟  

摘要： 超大断面硬岩洞室爆破块度大将严重影响爆破施工效率和工序衔接，工程实践表明：岩石水平结构面是造成硬岩洞室爆破块度大的主要原因之一。为研究硬岩岩体水平结构面对爆破能量传播的影响机制，提出适配复杂节理岩体的布孔优化方法，以某超大断面硬岩洞室中层台阶爆破施工为工程背景，通过数值模拟的方法，建立基于RHT模型的三维含水平节理岩体爆破模型，利用LS-DYNA有限元分析软件分析结构面-爆破能量耦合机制，及布孔方式对块度分布的影响规律。结果表明：爆破损伤及裂隙会优先沿结构弱面扩展，应力波在结构面反射叠加促使径向裂隙优先沿垂直或近垂直结构面方向发育，且会使能量释放延缓；梅花形布孔通过多向应力干涉使得能量分布更均匀，抑制贯通性主裂隙生成，形成蜂巢状裂隙结构，有效降低爆破大块率，块度分布均匀性显著提升。最后，通过现场试验验证了结论的正确性及可行性，该研究将为水平结构面发育硬岩岩体爆破块度控制提供理论依据和实践指导。

关键词： 钢渣颗粒   堆积角   图像处理   接触参数标定   正交试验   数值模拟  

摘要： 【目的】为了使基于离散元单元法（discrete element method,DEM）的仿真软件EDEM的数值模拟结果能够更准确地反映炼钢过程中钢渣颗粒的流动特性，分析钢渣颗粒接触参数的最优组合，为钢渣颗粒的离散元仿真提供可靠参数依据。【方法】采用实验与仿真结合的方法，通过实验测得钢渣颗粒的粒径分布、密度、颗粒形状、堆积角度等基本参数，并设计正交试验对颗粒-颗粒接触参数进行参数标定；利用Python软件的OpenCV库实现堆积角图像的读取处理。【结果】经正交试验确定的颗粒-颗粒最优接触参数组合为：滚动摩擦系数为0.1，静摩擦系数为0.35，恢复系数为0.1；实际钢渣颗粒堆积角为26.39°，仿真最优参数组合的堆积角为25.92°，二者相对误差为1.78%；其中，恢复系数对堆积角的影响最为显著，滚动摩擦系数次之，静摩擦系数影响最小。【结论】表明此参数标定方法是可行的，获取的参数可用于钢渣的离散元仿真。

关键词： 相变材料   热性能   数值模拟   可移动相变墙体  

摘要： 通过CFD仿真与实验结合的方法，探索10种不同的运行策略对墙体热性能的影响，并基于夏热冬冷地区典型气象年参数开展长期运行研究。结果显示：当控制温度阈值的上限和下限分别为 27 ℃和25 ℃时是该文得出的最优控制方案；在该控制方案下，嵌管式可移动相变墙体夏季的室内累计得热量比两种静态相变墙体分别减少10.6%、10.8%，相较于静态相变墙体和普通墙体具有良好的节能效益。

关键词： 硬岩隧道   掏槽爆破   复式楔形掏槽   孔内分段   中心孔爆破  

摘要： 在隧道爆破工程中，爆破效率与炮孔利用率直接影响工程建设工期和经济效益。为提高硬岩隧道(岩石普氏系数超过f20)爆破效率与炮孔利用率，提出了一种带中心孔和分段装药的复式楔形掏槽深孔爆破方案。首先，分析了该掏槽爆破方案的破岩机理与技术优势，确定了该方案中影响循环进尺的2个关键参数：复式掏槽垂直深度比与二阶掏槽孔内分段装药比；随后，在中国南方某硬岩隧道爆破工程现场开展小型爆破实验，获取岩体损伤范围数据，并利用LS-DYNA软件建立对应数值模型，通过对比实测数据和模拟结果验证了模型参数的可靠性；并针对每个关键参数，分别设计3种不同取值方案构建计算模型，系统比较了不同参数对爆破效果的影响，据此确定了最优参数组合；最后，基于优化参数制定爆破方案进行现场爆破实验。研究结果表明：在极硬岩条件下，当一阶掏槽孔与二阶掏槽孔垂直深度比为0.6、二阶掏槽孔孔口段与孔底段装药量比例为4:6时，设计进尺3.3 m对应的实际爆破进尺达3.07 m，炮孔利用率达93.0%。

关键词： 混凝土重力坝   水下接触爆炸   横缝   模型试验   动态响应  

摘要： 为满足施工、沉降和温控等要求，混凝土重力坝沿坝轴线往往分为若干个坝段，坝段间设置横缝。试验中以某72m高的混凝土重力坝为原型进行1∶100缩比，开展含横缝和无横缝的混凝土重力坝水下接触爆炸模型试验，采集并分析水下爆炸冲击波在坝前的压力特征，探究水下接触爆炸下含横缝和无横缝混凝土重力坝的毁伤模式。在此基础上，建立混凝土重力坝水下接触爆炸仿真模型，并通过与模型试验对比分析，验证数值模型的可靠性。通过数值仿真，进一步分析水下接触爆炸作用下横缝对混凝土重力坝毁伤特性和动力响应的影响。研究结果表明：水下接触爆炸作用下，横缝的存在会削弱坝体的刚度，含横缝重力坝的动能和加速度响应明显大于无横缝重力坝；横缝的存在，避免了坝颈的贯穿破坏毁伤模式，且正对炸药处坝体被完全压碎形成的爆坑主要沿纵向开展。

关键词： 安全工程   综合管廊   管道泄漏   掺氢天然气   通风速度   数值模拟  

摘要： 为探究不同通风模式对管廊掺氢天然气管道泄漏扩散特性及应急响应的影响机制，本研究基于计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）瞬态模拟技术构建小孔泄漏数值模型，分析无风工况、日常通风模式（2 m/s）及应急通风模式（≥4 m/s）三种条件下，管廊内可燃气体体积分数分布的时空演变规律及不同泄漏孔径的应急响应方案。研究发现：（1）通风速度是影响气体扩散特性的关键因素，日常通风2 m/s时，泄漏气体易形成局部高摩尔分数聚集区，但随时间推移摩尔分数逐步稀释，而将通风速度提升至4 m/s及以上，可有效抑制高摩尔分数气体积聚，加速气体稀释排放，显著降低爆炸风险。（2）针对不同泄漏孔径（4 mm、8 mm、12 mm），提出针对性的差异化应急响应策略：4 mm泄漏孔需启动4 m/s应急通风并降压至0.4 MPa；对于8 mm泄漏孔，建议在报警器发出预警后，将管道压力降至0.08 MPa，同时将通风速率提高到6 m/s，并持续通风200 s，之后实施在线修补；12 mm大孔径泄漏则需紧急切断气源。研究成果为地下管廊安全管理及掺氢天然气管道安全优化提供理论依据。

关键词： 爆破振动   桥梁桩基   损伤演化机制   累积损伤   数值模拟  

摘要： 平陆运河航道爆破开挖工程中邻近桥梁桩基长期处于反复爆破振动作用环境，其结构损伤累积效应直接影响桥梁全寿命周期安全性能。阐明反复爆破振动作用下桩基损伤演化机制，是保障运河航道高效开挖与邻近桥梁安全运营协同发展的关键科学前提，依托平陆运河陆杨新村大桥桥区航道爆破工程，结合考虑混凝土结构累积损伤的有限元数值模型，模拟分析了现场爆破施工对在建桩基的影响，基于模型可靠性分析在既定爆心距下模拟分析了不同爆破次数下桩基累计损伤变化规律，建立了基于桩基峰值振速的损伤变量预测模型，得出了既定爆心距下的桩基安全累计爆破次数。研究结果表明：桩基最大损伤变量值出现在爆源水平面迎爆侧，当爆心距小于20 m时，桩顶区域损伤显著加剧；桩基在爆心距为20m时的安全爆破次数为2-3次。

关键词： 离散裂隙网络   非结构化网格   反应运移   等效连续介质模型  

摘要： 酸性矿坑水在裂隙岩体中运移过程直接控制其向地表环境的排泄强度，由于裂隙结构复杂性和水-岩反应耦合效应制约，实现离散裂隙网络下酸性水反应运移过程的精细模拟极具挑战性。本文提出了基于升尺度离散裂隙-基质方法（Upscaled Discrete Fracture-Matrix method， UDFM）的模拟技术，该技术通过对裂隙结构进行局部加密并将其映射为等效连续介质模型，结合酸性水排泄通量和Damkohler数分析，定量化揭示了关键裂隙参数(裂隙方向、裂隙密度P32)对酸性水迁移过程的影响规律，刻画裂隙与基质的水动力-水化学交互和演化过程。本文构建了碳酸盐岩裂隙网络中酸性矿坑水反应运移数值算例，模拟结果表明：裂隙密度越高、裂隙夹角越小（即方向集中），酸性水迁移速率越快、排泄强度越大；连通裂隙优势流现象明显，当裂隙密度较高时，酸性水通过基质扩散至优势通道附近的非连通裂隙，促使非连通裂隙由反应占优向对流占优转变，由于其与下游边界的连通性导致酸性水的排泄强度增大；裂隙密度越低，裂隙方向越集中，在反应系统达到稳定后反应占优的裂隙模拟单元越多，即未充分与酸性水发生中和反应的区域越大。本研究可为预测矿区酸性水污染过程、排泄风险及制定针对性防控策略提供模型支撑与量化工具。